skkn sử dụng hằng số cân bằng trong việc giải bài tập hóa học ở chương trình thpt

Sở giáo dục & đào tạo Thanh HoáTrờng THPT chuyên Lam Sơn Sáng kiến kinh nghiệm Đề tài: Sử dụng hằng số cân bằng trong việc giải bài tập hoá học ở chơng trình THPT Đơn vị : Trờng THPT Chu

Sở giáo dục & đào tạo Thanh Hoá

Trờng THPT chuyên Lam Sơn

Sáng kiến kinh nghiệm

Đề tài: Sử dụng hằng số cân bằng trong việc giải bài tập

hoá học ở chơng trình THPT

Đơn vị : Trờng THPT Chuyên Lam Sơn

Thanh Hoỏ, năm 2011

MỤC LỤC TRANG

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Đề thi tuyển sinh Đại học Cao đẳng 1998

( Nhà xuất bản giáo dục)

2 Tuyển tập các đề thi trắc nghiệm: 2006 - 2009

3 Sách giáo khoa hoá học nâng cao lớp 10

( Ngô Ngọc An - Nhà xuất bản giáo dục)

6 Tuyển tập bài giảng hoá học vô cơ

(Cao cự giáo - Nhà xuất bản đại học Sư Phạm)

7 Bài tập hoá đại cương

( Lê Mậu Quyền - Nhà xuất bản giáo dục)

8 Hoá học đại cương

( Lâm Ngọc Thềm - Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà

Nội

LỜI MỞ ĐẦU

Trong việc giảng dạy cho học sinh cấp THPT và ôn luyện thi vào cáctrường Đại học, Cao đẳng và bồi dưỡng học sinh giỏi Tỉnh và học sinh giỏiQuốc Gia hàng năm, phần hằng số cân bằng hoá học là phần quan trọng trongkiến thức giảng dạy

Trong đó việc tìm ra cách khai thác hết các dạng và loại bài tập là mộtviệc làm rất cần thiết đối với giáo viên Tuy nhiên, để làm tốt các bài tập phầnhằng số cần bằng hoá học đối với học sinh phải có kiến thức thực sự vữngchắc, có khả năng tư duy hợp lý và có tính sáng tạo

Vì vậy: Bản thân là giáo viên đã dạy lâu năm nhưng tôi thấy với vấn đề

"

Hằng số cân bằng hoá học" là một chuyên đề của toán đại cương vô cơ hay,

tâm huyết Do đó tôi mạnh dạn đưa vấn đề này ra để giúp em làm bài tậpnhanh gọn, dễ hiểu và hiệu quả cao, phù hợp với xu thế đề thi và dạy trắcnghiệm như hiện nay

II THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Hiện nay vấn đề học bộ môn hoá học của các em học sinh ở trườngTHPT tương đối nặng nề về chương trình, đòi hỏi tính tự giác của các em ngàycàng cao trong học tập Đặc biệt là các vấn đề các em tự nghiên cứu để trang bịcho mình một lượng kiến thức vững vàng và có kỹ năng giải toán một cáchthành thạo

Điều này, sự vất vả đối với các em là không nhỏ, trong quá trình giảng dạy bản

thân tôi thấy việc dạy vấn đề " Hằng số cân bằng hoá học" mà tôi đã thực hiện

đã giúp cho các em phần nào về các tư duy cũng như cách giải một bài toánnhanh gọn, dễ hiểu Ngoài ra còn tạo cho các em tính tư duy tổng hợp ở mức độ

cao hơn trước đó rất nhiều, vì vậy có thể nói "Vấn đế hằng số cân bằng hoá học"

là một công cụ Giải toán đại cương vô cơ đắc lực trong quá trình ôn thi đại học

B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

Với những vấn đề, mục đích của đề tài được đưa ra ở trên thì để thực hiệnđược bản thân người giáo viên phải trang bị cho mình: Vững chắc về kiến thức,thành thạo về chuyên môn, luôn có suy nghĩ mỗi khi tự đọc, và tự học vấn đề vềkiến thức hằng số cân bằng hoá học trong quá trình giảng dạy cho các em họcsinh ở trường THPT Để giải quyết đề tài này tôi xin trình bày một số quy tắcđịnh luật cần sự dụng

1 Phản ứng 1 chiều, phản ứng thuận nghịch, trạng thái cân bằng hoá học

- Phản ứng 1 chiều: Là phản ứng xảy ra theo một chiều nhất định, trong

đó các chất phản ứng tác dụng với nhau tạo sản phẩm, còn các chất sản phẩmkhông tác dụng với nhau tạo chất ban đầu

VD: Zn + 2HCl  ZnCl2 + H2 

- Phản ứng thuận nghịch: Là phản ứng xảy ra theo hai chiều ngượcnhau, trong đó các chất đem phản ứng tác dụng với nhau tạo sản phẩm, đồngthời các chất sản phẩm tác dụng với nhau tạo chất ban đầu

VD: N2(k) + 3H2(k)   2NH3(k)

H2(k) + I2(k)   2HI(k)

- Trạng thái cân bằng: Là trạng thái mà ở đó tốc độ phản ứng thuận bằng tốc

độ phản ứng nghịch (Vt = Vn) ( Hay nồng độ các chất không đổi), nhưng phảnứng vẫn xảy ra bình thường

Kp =

c d C

a b

A B

P P P

P P

D

Nồng độ của một chất được biểu thị bằng hệ thức: Ci = n i

V ( mol/ L), trong đó

ni là số mol chất của i và V là thể tích chung của hỗn hợp

Mặt khác, ta cũng đã biết, đối với khí lý tưởng: Pi = i

i

n

RT C

chẳng hạn, đối với chất A: PA = CA RT đối với các chất khác ta cũng có các

hệ thức tương ứng Thay các giá trị này vào (8.6) ta có

Nếu thành phần của các chất tham gia phản ứng được biểu thị bằng nồng độ

C thì hằng số trên được ký hiệu là KC

Như vậy hệ thức (8.7) có thể viết:

4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cân bằng hoá học

Khi nhiệt độ thay đổi thì KcB thay đổi Trong khoảng hẹp của nhiệt độ, nếu coi

H là hằng số đối với nhiệt đọ thì ta có công thức

5 Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển dịch cân bằng

Khái niệm: Cân bằng hoá học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc

Lưu ý: Nếu trong hệ cân bằng có chất rắn (ở dạng nguyên chất) thì việc

thêm hoặc bớt lượng chất rắn không ảnh hưởng đến cân bằng) nghĩa là cânbằng không chuyển dịch ( trừ trường hợp việc thêm hoặc bớt này gây ra sựbiến đổi áp suất chung của hệ

* Ảnh hưởng của áp suất

Khi tăng áp suất chung của hệ cân bằng thì bao giờ cân cũng chuyểndịch theo làm giảm tác động của việc tăng hay giảm áp suất đó

* Ảnh hưởng của nhiệt độ

* Vai trò của chất xúc tác

Chất xúc tác không làm biến đổi nồng độ các chất trong cân bằng vàcũng không làm biến đổi hằng số cân bằng, nên không làm chuyển dịch cânbằng, chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng nghịchvới số lần bằng nhau, nên khi phản ứng thuận nghịch chưa ở trạng thái cânbằng thì chất xúc tác có tác dụng làm cho cân bằng được thiết lập nhanhchóng hơn

II CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN

Dựa trên cơ sở giảng dạy của bản thân, đòi hỏi kiến thức của chươngtrình cần phải nâng cao có chiều sâu cũng như đáp ứng cho việc ôn thi đại học

và đội tuyển học sinh giỏi hàng năm Nhưng điều thú vị hơn cả là hiểu đượcnội dung có chiều sâu thì việc giải quyết một vấn đề trở nên hay, nhanh gọnhơn nhiều Nhất là phần vô cơ đại cương Với vấn đề phân loại chi tiết từngdạy toán thì đòi hỏi một học sinh cần có sự trang bị một cách đầy đủ về kiếnthức cơ bản đến nâng cao, điều đó người giáo viên trong quá trình giảng dạycần phải có sự chuẩn bị thật kỹ lưỡng về kiến thức, đáp ứng những trường hợp

có học sinh đưa ra phương pháp giải hay, hoặc không đúng thì giáo viên chỉ rađược các ưu và nhược điểm đó, khi đó giáo viên sẽ tổng hợp phân tích và kếtluận rồi đưa ra phương pháp giải của mình để học sinh hiểu và so sánh

Để giải quyết được thì: Học sinh phải nắm được các công thức tính Kcb, cáccông thức ảnh hưởng của nhiệt độ đến Kcb và tốc độ phản ứng KC, KP, KX

H2O(k) + CO(k)  H2(k) + CO2(k) , ở 7000Chằng số cân bằng Kc = 1,873 Tínhnồng độ của H2O và CO ở trạng thái cân bằng, biết rằng hỗn hợp ban đầugồm: 0,300 mol H2O và 0,300 mol CO trung bình 10 l ở 7000C

Bài làm: CH2O = 0,30010 0,030( )M

CCO = 0,300

10 = 0,030(M) Phản ứng: H2O(k) + CO(k)   H2(k) + CO2 (k)

Bài 2: Cho hằng số cân bằng:

H2(k) + I2(k)   2HI(k) ở nhiệt độ nào đó bằng 40

Xác định % H2, I2 chuyển thành HI Nếu nồng độ ban đầu của chúng bằngnhau và bằng 0,01M

(2 )

x x

 X1 = 0,0146 (loại )

X2 = 0,0076 (TM) Vậy: % H2    HI 0,00760,01 x 100% = 76%

Bài 3: Hằng số cân bằng của phản ứng:

H2(k) + Br2(k)   2HBr(k) ở 7300C là 2,18.106 Cho 3,2 mol HBr vàobình phản ứng dung tịch 12l ở 7300C Tính nồng độ của H2, Br2, HBr, ở trạngthái cân bằng

x x x



Vì: K < 10 4    nên: 0,8 0,8

2 6

10 1,897.10

Bài 6: Dung dịch A gồm: CH3COOH 0,2M, CH3COO Na: 0,1M ở 250C

K CH3COOH = 1,85.10 5 Tính pH của dung dịch

Bài làm: CH3COO Na    CH3COO + Na+

0,1M 0,1M PT: CH3COOH   CH3COO + H+

Ban đầu: 0,2M 0,1M O

Phản ứng: x(M) 0,1 + x x

  0,2 -x 0,1 + x x

Ka = x(0,10, 2 x x)

 = 1,75.10 5

Vì: Ka < 10 4

   0,1 + x  0,1 0,2 - x  0,2 (-) x 0, 20,1 = 1,75.10 5

10 0,9.10



 = 1 9

.10 0,9

Khi cho 1ml A tác dụng với 1 mol B thì hiệu suất cực đại của phản ứng là:66,67%

Nếu cho 1mol CH3COOH tác dụng với Cl mol C2H5OH khi phản ứng đạttrạng thái cân bằng thì hiệu suất cực đại là: H = 90% ( tính theo CH3COOH).Tính giá trị của a

  0,1M (a-0,9) 0,9(M) 0,9(M)

KcB = 4 = 0,1 (0,9 0,9x a  x 0,9)    a = 2,925M

2 NHỮNG BÀI TOÁN TÍNH TRẠNG THÁI CÂN BẰNG:

Bài 1: Cho phản ứng thuận nghịch

ở T = 690K có Kp = 10,0 Tính Kp ở T = 800K Biết rằng, trong khoảng nhiệt

độ này, H0 được coi là không đổi và bằng: - 42676,8 J/mol

Bài 2: Đi axit các bon bị phân huỷ ở nhiệt độ cao theo phản ứng:

2CO2    CO + CO2 Khi áp suất = 1 at thì lượng % CO2 bị phânhuỷ là: 2,0.10 5 ở 10000 K và 1,27 x 10 2 ở 14000 K Hãy tính biến thiên nănglượng tự do chuẩn và entropi chuẩn ở 10000 K Giả sử khoảng nhiệt độ trên 

H của phản ứng coi như không đổi

P PO

P , ở 10000 K Kp1 =

7 2

21 2

(2,0.10 )

4,0.10 (1, 0)



1

x x

Kp = P NO2

P

4 MỐI LIÊN HỆ GIỮA: K C , K P , K X

Bài 1: Cho cân bằng: COCl2(k)   CO(k) + Cl2(k)

ở 5500C, P = 1 atm có độ phân huỷ của COCl2 là: x = 77% Tính Kp, và Ke.Bài làm: COCl2   CO + Cl2

CO Cl COCl

Hay: KC = ( ) 2

Kp

RT  = Kp (RT)2 = 1,64.10 4 (0,082 x 673)2 = 0,5 Theo đầu bài khi: P = 1 atm sẽ dẫn đến KX = Kp = 1,64.10 4

5 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG Bài 1: Cho phản ứng

N2(k) + 2H2(k)   2NH3(k) H < O Cho biết ảnh hưởng củacác yếu tố nhiệt độ, áp suất, nồng độ đến chuyển dịch cân bằng

Bài làm: Áp suất: Khi P cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận ( làm giảm

số phân tử khi: 4 -> 2)

- Khi P  cân bằng chuyển dịch theo chiều nghich ( làm tăng số phân

tử khí 2 -> 4)

* Nhiệt độ: H > O N2(k) + 3H2(k)   2NH3(k) H < O

- Khi tăng t0 cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm nhiệt độ

- Khi giảm t0 cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận làm tăng nhiệt độ

* Khi ta tăng N2 , H  2  cân bằng theo chiều thuận để giảm nồng độ

1 Không phụ thuộc vào áp suất Vì số phân tử trước và sau phản ứng = nhau

2 Khi tăng P cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận làm giảm P ( Vì số phân

tử khí giảm từ 3    2)

3 Khi tăng P cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm áp suất ( Vì

số phân tử khí giảm từ 3   2)

V MỘT SỐ BÀI TẬP ĐỀ NGHỊ

Bài 1: Đun nóng NO2 trong một bình kín, sau một thời gian, tới một nhiệt độnào đó thì cân bằng

2NO2(k)    2NO(k) + O2(k)

Được thiết lập Tại thời điểm đạt được cân bằng người ta biết nồng độ NO 2

= 0,06M Xác định hằng số cân bằng KC của phản ứng trên, biết rằng nồng độban đầu của NO2 bằng 0,3M

Đáp số: K C = 1,92

Bài 2: PCl5 phân huỷ theo phản ứng: PCl5(k)      PCl3(k) + Cl2(k)

Hãy tính KP của phản ứng này, biết rằng độ phân ly  của PCl5 là 0,485 ở

2000C và áp suất tổng cộng của hệ khi cân bằng là 1 atm

Bài 4: Ở 10000 hằng số cân bằng của phản ứng:

FeO(r) + CO(k)      Fe(r) + CO2(k)

Bằng 0,5 Tìm nồng độ của CO và CO2 lúc cân bằng nếu nồng độ ban đầu củachúng tương ứng bằng 0,05M và 0,01M

Đáp số: CO = 0, 04M; CO  2 = 0, 02M

Bài 5: Xét phản ứng: 2NO(k) + O2(k)      2NO2 ở nhiệt độ T = 1000 K có

KC = 1,20 ở một thời điểm nào đó ta có:

O2 = 1, 25M; NO = 2, 25M; NO   2 = 3, 25M

Hãy cho biết khi đó hệ có ở trạng thái cân bằng không?

Nếu không thì phản ứng sẽ tiếp tục xảy ra theo chiều hướng nào?

Qua phân dạng các bài tập về hằng số cân bằng hoá học ta nhận thấy:

- Đã giải được triệt để các bài tập về hằng số cân bằng trong các đề thiđại học và đề thi học sinh giỏi

- Giúp cho học sinh có sự gắn kết các loại bài tập có liên quan đến hằng

số cân bằng trong chương trình THPT

VI TỔ CHỨC THỰC HIỆN:

Với nội dung và phương pháp đã trinh bày ở trên, tôi đã áp dụng giảngdạy ở các khối lớp 10 thu được kết quả tốt, đối tượng là học sinh lớp: 10T,10V, 10H, 10F, 10I trường THPT chuyên Lam Sơn từ năm học: 2006 - 2011.Học sinh lớp 10I, 10F, 10V được giới thiệu phương pháp thông thường truyềnthống, còn học sinh lớp 10T, 10H được giảng dạy theo cách phân loai trên

Trong thời gian ngắn ngủi và trình độ có hạn, bản thân tôi chỉ nêu ramột quan điểm để thực hiện đổi mới phương pháp dạy học môn hoá học màtôi đang làm ở trường THPT chuyên Lam Sơn bấy lâu nay.

Chắc chắn đề tài vẫn còn thiếu sót Tôi mong được sự giúp đỡ tận tìnhcủa thầy cô trường THPT chuyên Lam Sơn, các đồng chí chuyên viên và đồngnghiệp

Tôi chân thành cảm ơn!

Thanh hoá ngày 25 tháng 5 năm 2011

Người làm SKKN

Trương Quang Đạo